论文总字数：11713字

摘 要

能量守恒和转化定律被恩格斯称为"伟大的运动基本规律"，这是19世纪自然科学理论上一块重要的里程碑。它是好几位物理学家几乎同时提出的理论，能量转化和守恒定律揭示了热学、电学、磁学、化学、机械学等各种运动形式之间存在的统一性，是继牛顿力学之后完成的物理学上的第二次大综合，更是为马克思主义哲学中辩证唯物主义自然观的创立，奠定了自然科学基础。它打破了人类对"永动机"盲目的憧憬。能量守恒和转化定律与任何一个伟大的科学发现一样，有一段潜在的孕育时期，也经历了一番曲折的提出及争论过程，最终被人们普遍承认和接受。

关键词：迈尔,焦耳,赫姆霍兹,守恒,热功当量,能量守恒与转化定律

Abstract: The law of conservation and transformation of energy is referred to as "Basic rule of the great movement" by Engels. This is an important theory in the 19th century nature science. The law of conservation and transformation of energy reveals the heat, electricity, magnetism, chemistry, mechanics, and other forms of various kinds of movement between the unify. It was the second integrated after the Newtonian mechanics’s completion. It was also laid the foundation of natural science for the creation of dialectical materialism of the Marxist philosophy. It broke the ”perpetual motion machine” vision of blindly. The law of conservation and transformation of energy, like any great scientific discoveries have a potential breeding period, also experienced a tortuous process to be proposed, has finally been widely acknowledged and accepted.

Keywords: Julius Robert Mayer, James Prescott Joule, H. Helmholtz, conservation,

mechanical equivalent of heat, the law of conservation and conversion of energy.

目 录

1 前言 4

2 能量的基本概念 4

2.1 能量的定义 4

2.2能量概念的形成（死力与活力之争） 5

3能量守恒定律的建立的历史背景 6

3.1能量守恒定律的内容 6

3.2能量守恒定律的发现过程 7

3.2.1 守恒思想的历史渊源 7

3.2.2运动不灭思想的发展（活力守恒的发现） 7

3.2.3各种自然现象之间相互转化的普遍发现 8

4能量守恒定律的建立过程 8

4.1第一类永动机 8

4.2 伦福德的贡献 10

4.3迈尔的贡献 10

4.4焦耳的贡献 11

4.5赫姆霍兹的贡献 11

4.6能量守恒定律发现的意义 12

5能量守恒定律的建立过程给我们的启示 12

5.1在物理教学中应注意科学研究方法的“多元性” 12

5.2在物理教学中应注意培养“捕捉机遇”的能力 12

5.3重视“争论”的科学价值 13

总结 14

参考文献 15

致 谢 16

1 前言

物理学的最根本目标是构建物质世界和谐统一的画面，由于能量守恒定律的发现及转变，世界也朝着这个目标迈进了一大步。
形式多样的、永不停歇的物质运动组成了我们的世界。物质的运动伴随着能量的不断转化，在研究这个不断运动转化的过程当中，人们逐步建立起了功能概念，用以测量物质的运动，而功是能量变化的量度。

在十九世纪时，人们用它来概括能量的定义--“物体做功的本领”。这个定义也一直沿用到现在，然而，近年来，无论是国内还是国外的物理教育界都在辩论这个定义的合理性，就拿现在的中学教材来说，书中并没有给出能量的一般定义，取而代之的是量度的方法。

能量概念的初步形成与早期发展，奠定了能量守恒定律建立过程的基础。内能、化学能、电能、机械能等多种能量的发展及它们之间的相互转化规律被逐渐发现，推动建立起了能量守恒定律。这是一段伴随着科学发展的漫长历史，期间也出现了很多重大的新的物理现象，提供了丰富的事实例子来验证了这伟大的定律。即使某些新现象在初步被发现时对这一定律形成过一定的冲击，但真理就是真理，真理最终会夺得胜利。

从能量守恒定律的发现过程，我们可以知道，物质的世界是千变万化的，这些变化也是被限制的，能量守恒定律就是最基本的约束，换种说法，不管是什么样变化的物质形式，也不管它的物质特性与其遵守的规律是否普遍相符，都是要满足守恒定律的。

本文叙述了能量的提出到能量的形成，再到能量的建立过程，从联系到转化到寻求转化，这个漫长艰辛的长远过程。这个过程中各个科学家从不同途径对这一定律的提出做出的铺垫，最终使得能量守恒定律得以建立。

2能量的基本概念

2.1能量的定义

能量是一种度量物质运动的物理量。对不同形式的运动来说，能量可有多种分类，包括机械能，电能，原子能等等，也可简称为能。

在物理学里，能量不是一个能直接观察到的物理量。它常常被视作一个物理系统对另一个物理系统做功的能力。由于功被定义为力对距离的累积的物理量，因此能量总是与沿一定长度阻挡大自然基本力量的能力相等同。 每个物体所含的总能量都是奠基于其质量的，所以就如质量一样，能量是不会无中生有或凭空消失的。能量是对所有宏观和微观物

质的运动的描述。

能量是与物质完全不同的概念，但能量也是客观存在着的。跟随着空时体积的膨胀，波长被拉伸时，能量的能量密度也会减少，这就是能量的运动。在没有外来物质的影响下，时间之矢就是能量的运动方向。只要能量在运动，它的能量密度都在降低，能量的空间体积一直在增加，也就是说单位体积的能量密度是随时间推移而下降的。

宇宙及宇宙运动的组成的基础材料是能量和物质。物质的运动必定伴随着能量，但物质的运动并不是固有的，物质要运动，就必须吸收能量。在物质中，质子吸收的基态能量促使它产生了运动，其中也伴随有质子释放出的能量，这便是电子发生运动的能量来源。电子和质子在吸收一份能量从而产生运动后，又将这份能量消化释放，再吸收下一份能量，这样一个连续不断的过程，就是能量的量子化现象。

能量是物理学中最基础的概念之一，不管是开始的经典力学，还是后来的力学、宇宙学、相对论与量子力学，能量都是中心概念。能量可分为基态能量和显态能量，他们的显示方式有所不同。基态能量靠力显示，而显态能量靠温度显示。能量子组成了能量，每个能量子随时间不断增加。能量的运动便是靠能量子的膨胀来传递的，后面能量子的膨胀推动前面能量子的前进。能量子就好比一个被压缩的弹簧，能量运动就好比崩爆米花。物质释放的能量与物质能量是两种完全不同的形式的能量，前者在空间存在，而后者只是物质运动的形式。能量产生温度，能量密度随温度成正比。温度是能量密度的表现。

2.2能量概念的形成（死力与活力之争）

十七世纪四十年代，笛卡尔著作了《哲学原理》一书，此书在讨论碰撞问题时引入了动量概念，由此来度量运动。时隔43年，牛顿著了《自然哲学的数学原理》，并用动量来度量力。一年后，莱布尼兹质疑并反驳了笛卡尔，他发表了一篇论文，倡导用活力来衡量运动，也就是质量与速度的平方，并将牛顿用动量度量的力称作死力。

在十七世纪六十年代，惠更斯钻研过碰撞问题，莱布尼兹的主张与其论断一致。这个结论是：两个相互碰撞的物体，他们质量与速度平方的成绩之和在碰撞前后，是保持不变的。

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